Sr. Patricio Bonelli

Patricio Bonelli
Universidad Santa María
SANTIAGO, 1 de junio 2017
Innovación en prefabricados en
Chile

Patricio Bonelli
Chile
INTRODUCCIÓN

21.6, 21.8, 21.13 – PREFABRICADO
Sistemas Prefabricados
Sísmicos
Emulación monolítica Uniones
prefabricadas
Marcos Muros Marcos
Especiales Especiales Intermedios Especiales
21.6.3
Conexiones
fuertes
21.6.2
Conexiones
dúctiles
21.6.1
Conexiones
fuertes
21.8.1
Conexiones
dúctiles
21.13.1

21.6.2 – MARCOS ESPECIALES CON
CONEXIONES FUERTES
(c) Conexión Viga-Columna
Sección crítica
Región de rótula plástica
Conexión fuerte
Largo de la conexión
h
h

Pórticos
Pórticos especiales resistentes a momento construidos
con
concreto prefabricado (18.9)
Muros
Muros estructurales intermedios de concreto
prefabricado (18.5)
Muros estructurales especiales de concreto prefabricado
(18.11)
No sismoresistentes
Elementos que no se designan como parte del sistema
de resistencia ante fuerzas sísmicas (18.14)
Sistemas estructurales prefabricados
en ACI318-14 Capítulo 18

Conexión fuerte: Conexión, entre uno o más elementos prefabricados,
que se mantiene elástica mientras que los miembros que se conectan
presentan fluencia como consecuencia de los desplazamientos de
diseño para sismo.
Conexión dúctil:Conexión, entre uno o más elementos prefabricados,
en la cual se presenta fluencia como consecuencia de los
desplazamientos de diseño para sismo.
Algunas definiciones…

Pórticos especiales
Conexiones dúctiles (18.9.2.1)
Conexiones fuertes (18.9.2.2)
Conexiones que no cumplen los criterios anteriores (18.9.2.3)
Se considera que las disposiciones de 18.9 permiten obtener un pórtico
especial prefabricado equivalente en comportamiento a uno construido
en sitio.

Deben cumplir con los requisitos de a) hasta c)
a) ACI 374.1 – Acceptance Criteria for Moment Frames Based on
Structural Testing
b) Los detalles y materiales empleados en los especímenes de ensayo
deben ser representativos de los usados en la estructura
c) El procedimiento de diseño usado para diseñar los especímenes de
ensayo debe definir el mecanismo por el cual el pórtico resiste los
efectos sísmicos y de gravedad, y debe establecer los valores de
aceptación que garanticen ese mecanismo.
Pórticos prefabricados especiales con
conexiones validadas por ensayos

Marcos especiales prefabricados (18.9)
Configuración de conexiones

Pórticos prefabricados especiales (18.9)
Configuración de conexiones
11

Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.1 de a) hasta c):
a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes
a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos
especiales)
Pórticos prefabricados especiales con
conexiones dúctiles

Patricio Bonelli
Chile
Ejemplos de conexiones dúctiles

Uniones vigas columnas en marcos ( conexión 1)
Mortero
o grout
Columna prefabricada
Conector mecánico o
Inyec. grout
Hormigón en sitio
Llave de corte
Viga prefabricada continua
columnaprefabricada

Beam hinging
Unión típica en Japón, la más frecuente

Ejemplo de conexión dúctil
Conexión tipo 1
Columna
prefabricada
Manguito
Inyec. grout
Hormigón en sitio
Llave de corte
Las barras superiores
se ponen en sitio
Mortero
o grout
columnaprefabricada

Mortero
o grout
Manguito
Inyección de grout
Hormigón en sitio
Viga prefabricada
Viga prefabricada
Superficie rugosa

Hormigón en sitio
Manguito
Inyección de grout
Mortero o grout
Hormigón en sitio
columna con hueco central
columnaconhuecocentral
Viga prefabricada

columna prefabricada ducto en columna para
ser rellenado con grout
Mortero o grout
Ducto en la viga para que pase la barra de la columna

Beam hinging
Viga prefabricada
La viga prefabricadas se
monta sobre la columna

Uniones en elementos de marcos ( conexión fuerte)
Uniones con respuesta elástica
Hormigón en sitio
Cruz viga columna prefabricada
Conectores mecánicos
Placas de acero apernadas
Barras diagonales
soldadas a las
placas metálicas

Elastic joint responseElastic joint responseConexión fuerte con llaves de corte y barras soldadas
en el centro de la viga
Uniones en elementos de marcos ( conexión fuerte)

Columna con
sección
compuesta
Sección de una
viga
compuesta
Los estribos internos van
en laviga prefabricada
el resfuezo inferior
Se coloca en sitio
Los estribos internos van
en la columna
prefabricada
Los estribos internos se
colocan en sitio
la superficie
interna debe
ser rugosa
Elementos prefabricados huecos
La superficie
interna debe
ser rugosa

Ubicación de las uniones, sistemas de muros
Refuerzo superior en la viga
Puesto en sitio
Unión viga columna
Hormigónensitio
Elementomuroviga
columna
Conectormecánico
Resfuerzo en el nudo
Soldado o empalme
columnacolumnacolumna
columnacolumna
columna
columna
Viga
Viga
Viga
Elemento viga muro
Elemento viga muro
Elemento viga muro
muro
muro
muro

Grout
inyección
Grout
Conector
barra
2 y 5 y
4 ciclos 4 ciclos
20 ciclos
elásticos
Slip<0.3mm
Slip<0.9mm
Ensayos y requisitos para uniones de barras
connection (tests and requirements)
barra

30
Ejemplo de conexión validada por ensayo
ACI 374.1-05 – Acceptance Criteria for
Moment Frames Based on Structural
Testing
Mandante: Momenta
Laboratorio: Dictuc

Patricio Bonelli
Chile
Temas
-Union viga columna
-Muros mecedores
-Edificios con uniones
postensadas y muros
mecedores
-Criterios de diseño

Acero dulce
Cables postensados de acero
Sin adherencia
Mortero con fibra
Conexión viga columna con acero pretensado sin adeherencia

INTRODUCCIÓN
Unión pretensada
UNIÓN HÍBRIDA
+ Armadura dúctil

INTRODUCCIÓN
Fluencia en
compresión
Fluencia en
tracción
Unión pretensada
UNIÓN HÍBRIDA
+ Armadura dúctil

Mecanismo tipo mecedor
tracción en
acero dulce tracción en
acero pretensado
compresión en
acero dulce Compresión diagonal y
fuerzas de adeherencia
dentro del nudo

UNIONES HÍBRIDAS
Fuerza
Deformación
lateral
Fuerza
Deformación
lateral
Pretensado Armadura especial

UNIONES HÍBRIDAS
Deformación lateral
Fuerza
Pretensado + Armadura especial

Cortesía de Stanton
Unión viga columna
hormigón armado
tradicional

Cortesía de Stanton
Unión viga columna
con cables postensados

Patricio Bonelli
Chile
Edificio Expo Hormigón
2000 a 2003

Muros especiales
Conexiones dúctiles (18.11.2.1)
Conexiones con tendones postensados que no cumplen
lo anterior (18.11.2.2)
Las disposiciones de 18.11 pretenden obtener un muro estructural
prefabricado especial, con una resistencia y tenacidad mínimas
equivalentes a las de un muro estructural reforzado especial de
concreto construido en sitio (Comentario al Cap. 2)

Tradicional Nuevos sistemas
Muro en voladizo
Acción sísmica Acción sísmica
Muro mecedor
Zona de rótula plástica
Cables postensados
sin adehrencia
Fundación
Barras disipadoras
de energía
Muro de hormigón armado Muro mecedor con cable postensado
Daños

Deben cumplir los siguientes requisitos:
18.11.2.2 - Se permiten muros estructurales especiales contruidos
usando concreto prefabricado y tendones postensados no adheridos y
que no cumplen con los requisitos de 18.11.2.1 siempre que cumplan
con los requisitos del ACI ITG5.1
Muros prefabricados especiales
validados por ensayos
ACI ITG-5.1-07 – Acceptance Criteria for Special
Unbonded Post Tensioned Precast Structural
Walls Based on Validation Testing
ACI ITG5.2-09 – Requirements for Design of a
Special Unbonded Post Tensioned Precast Wall
Satisfying ACI ITG-5.1 and Commentary

cables pos-tensados y disipadores de energía
Energy
dissipator
Cable postensado
Zona altamente comprimida
anclaje
Fundación
Barra disipadora

Proyecto PRESSS
Precast Seismic
Structural System
Universidad de California
San Diego

Daños en el muro a 1.5x Intensidad de Diseño
Priestley

• Holden et al. 2003.
62
Ensayos de muros mecedores.

Ensayo de un muro vaciado en sitio
2.5% Deriva

Ensayo de un muro prefabricado dúctil
3.0% Deriva

Ensayo de un muro prefabricado
con hormigón con fibras
3.0% Deriva

Pampanin, Japón 2014 . Marriott et al., 2008
Disipadores externos, reemplazables
(“Plug & Play”)
Acero dulce
Sin adherencia
parcial
Acero dulce inyectado
Cable postensado
Sin adherencia
Disipadores externos
Acero dulce
Rotación
Impuesta
Rotación
Impuesta

Amaris et al. 2006
Pampanín, japón 2014 - Marriott et al., 2007
Viscoso
+
Histerético
Dispadores externos

Muros con sistema PRESSS
Con disipadores externos y reemplazables
“Plug&Play”

• Nagae et al. 2012.
69

Patricio Bonelli
Chile
Muros mecedores en el edificio de Espacio Riesco

• Belleri et al. 2014.
75

Ensayos en la Universidad de
California en San Diego
José Restrepo
ACI STRUCTURAL JOURNAL TECHNICAL PAPER
Title No. 111-S55
Dynamic Behavior of Rocking and Hybrid Cantilever Walls in
a Precast Concrete Building
by Andrea Belleri, Matthew J. Schoettler, José I. Restrepo,
and Robert B. Fleischman

78
Edificios con
elementos
prefabricados
con uniones
postensadas
Edificio Paramount
San Francisco
39 pisos
Engelkirk

79
Edificio Paramount Engelkirk

80
Edificio Paramount Engelkirk

Aisladores sísmicos verticales
Cables postensados no
adheridos
Steve Mahin
Edificios con muros mecedores
Muro
Base

82

83
• SF Public Utilities Commission HQ
• 525 Golden Gate Avenue San Francisco, CA
• Architect: KMD Architects / Stevens + Associates
• Contractor: Webcor
• Developer: City of San Francisco, Department of
Public Works
http://www.tippingstructural.com/projects/project_details/36

85
Capacidad de autocentrado: Cable Postensado.

Construcciones con Elementos Precabricados
de Hormigón Armados en edificios en JAPÓN

Edificio con marcos de hormigón prefabricados
Edificio habitacional de 38 pisos, 130.7 m de altura
Dr.Fumio Watanabe

38 pisos
5.5m x 5.5m grid
El marco se construyó en
17 meses (max. 5 días/piso)

Edificio habitacional
38 pisos
Columna
Interior
Columna
exterior
vigas
Secciones transversales de vigas y
columnas
Columnas Vigass pisos
Resistencia del hormigón

Pilas de hormigón armado en sitio

Plantilla de acero para alinear barras verticales de la columna

Montaje de columna prefabricada

Montaje de columna prefabricada
Inyección de mortero al conector mecánico
Gap en la base de la columna

Antes del montaje de las vigas

Las barras superiores de la viga se insertan entre los
estribos que vienen en la viga y la viga
La superficie ofde la viga prefabricada debe ser rugosa.

Montaje de la viga prefabricada

Unión lejos de la zona de plastificación,
llaves de corte y soldadura de barras longitudinales

Placa de acero para conectar vigas secundarias a la viga principal
pernos

Marcos prefabricados de hormigón armado
pretensado con aislación basal
Edificios en Japón
Presentación de
Dr.Fumio Watanabe

Marcos prefabricados de hormigón armado
pretensado con aislación basal
Japón
Fumio Watanabe
Barras pretensadas
Cables pretensados

No se puede mostrar la imagen en este momento.
16.8metros
Vigas prefabricadas de homrigón pretensado
Columna de hormigón armado pretensado
Planta tipo
Building B

Gomas
laminadas
Deformación ante
un sismo mayo
Resuesta de un
edificio aislado en
la base
Respuesta de
un edificio
tradicional
Building BAislación Basal
Respuesta
en un piso
Respuesta
en un piso
>>

Etapa 1
Montaje de una columna de dos pisos

Etapa 11
Tensión de cables pretensados para conectar los elementos
prefabricados

Etapa 12
Levantamiento del sistema de grúas

Etapa 13
Levantamiento del sistema de grúas
Cada ciclo para construir dos pisos toma 9 días

Etapas de construcción
Hizaje de columnas prefabricadas

Horizontal transportation of column unit

Montaje de una columna

Colocación de vigas, movimiento horizontal

Ubicación de una viga en su posición final

Edificio prefabricado
Cara superior de la viga
Cara inferior de la viga
Montaje

Edificio prefabricado
Anclaje de las barras
horizontales del muro
Arranques del refuerzo horizontal del muro
incluidos en la columna prefabricada Montaje de muros prefabricados
Vista después de hormigonarse la
sobre losa

El Edificio Marina Paihue en Pucón fue construido íntegramente con una
estructura prefabricada en hormigón armado prefabricado de nuestro Sistema TENSOCRET
con Aislación Siísmica Basal.
Cantidad de Pisos: 9 pisos en HºAº Prefabricado + un 10º piso liviano estructurado en acero
(tipo mansarda)
Estructura: 9 columnas formando cuerpo principal + 4 columnas formando caja escala y
ascensores.
Sólo marco rígido sin muros de arriostramiento.
Importante nudo monolitico entre viga prefabricada-loseta TT prefabricada, formando
diafragma rígido em losas de cada piso.
Aislación Sísmica Basal: 13 aisladores sísmicos elastoméricos bajo cada columna.
Plazo de fabricación, transporte y montaje, 4 meses, incluyendo fundaciones e instalación de
aisladores.

Patricio Bonelli
Chile
Edificios industriales
Con columnas postensadas
Tipo mecedores

Nave Industrial en Concepción
- Cálculo de estructuras
Juan Marcus, JMS Ingenieros
- Diseño de elementos prefabricados
Manuel Robles, Jaime Huenulaf
- Ensayos
Alexander Opazo, Universidad del Bío Bío
- Empresa constructora
PREFABRICADOS ESTRUCTURALES S.A.
Sistema TENSOCRET, Martín Mellado
Diseño de uniones postensadas
y análisis sísmico
Patricio Bonelli y Asoc. Ltda

• Desplazamiento en el techo, registro Concepción Centro
δt = 34 [cm]
δpermanente = 6 [cm]

• Estructura diseñada con uniones híbridas

Construcción de la nave con uniones postensadas

• Desplazamiento en el techo
Registro Concepción Centro
δt = 40 [cm]

• Respuesta de la estructura a distintos registros

Estructura tradicional y estructura con
postensado sin adherencia

Alexander Opazo
Universidad del Bío Bío

Patricio Bonelli
Chile
Muros Intermedios

Muros prefabricados intermedios (18.5)
Conector
de corte
Corte basal
Techo
Fuerza
horizontal
Masa techo
Fuerza
Horizonta
De diseño
Corte basal
Conector
Placa de
acero

Muros prefabricados especiales
validados por ensayos

Elementos que no se designan como parte del sistema sismoresistente
Vigas y columnas prefabricadas (18.14.4)
Machones de muro (18.14.6)
La sección 18.14 sólo es aplicable a estructuras asignadas a CDS D, E o F.
Para estas CDS, se exige que todos los miembros estructurales que no
se designan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas
sísmicas, se diseñen para resistir las cargas gravitacionales mientras se
encuentran sometidos al desplazamiento de diseño.
en ACI318-14 capítulo 18

Conclusiones
• Se han mostrado diversos sistemas de
prefabricación, algunos tipos de conexiones
permiten disipar energía en las uniones dejando
la estructura sin daños.
• Existen aplicaciones en diversos países en
zonas de alta sismicidad.
• Hay un buen respaldo de ensayos que
soportan el sistema y documentos oficiales
para su diseño.

Conclusiones
• El análisis con distintos registros de aceleraciones,
propios de las diferentes condiciones de suelo,
demuestra que durante un sismo severo siempre la
sección crítica alcanza la resistencia disponible, es la
esencia del diseño sísmico moderno.
• La demanda de deformación depende de las características
del registro y de la estructura.
• El diseño sísmico constituye un problema de desplazamientos
y no de resistencia

Patricio Bonelli
Chile
Fin

21.6.3 – DISEÑO DE MARCOS
ESPECIALES SIN EMULAR

• Antes de ensayar, se debe desarrollar un
método de diseño y aplicarlo a las
unidades que se ensayarán.
• Procedimientos de diseño del
ACI T1.1-01

• La sobre resistencia usado en las columnas
del marco a ensayar no debe ser menor que
lo especificado en ACI 318-99
Procedimientos de diseño del
ACI T1.1-01

• Se debe ensayar por lo menos un módulo
de cada tipo de unión a usarse en el
marco que representan
• ACI T1.1-01 Ensayos de módulos

• La escala de los módulos a ensayar debe ser
lo suficientemente grande como para que el
comportamiento real de los materiales,
características de la unión y magnitud de las
fuerzas quede bien representado
• La escala no debe ser menor que 1 : 3
• ACI T1.1-01 Ensayos de módulos

Tipos de conexiones
Nudo Interior
una dirección
Nudo Exterior
una dirección
Nudo Esquina

• Los primeros ciclos de carga se deben
aplicar dentro del rango lineal de respuesta.
• ACI T1.1-01 Métodos de Ensayos

• Se deben aplicar ciclos con desplazamientos
controlados de magnitud creciente que
representen los ciclos esperados en un terremoto.
• El enayo debe continuarse hasta alcanzar un
desplazamiento relativo mayor que 0.035
• ACI T1.1-01 Métodos de Ensayos

SECUENCIA DE CICLOS PARA VALIDAR ENSAYOS
ESPECIALES SINEMULAR
Cycles
Drift Ratio x
102

DEFINICION DE DESPLAZAMIENTO RELATIVO
HAD
HCE HCD
HAL
VDD VDL
D
Desplazamiento
Relativo
 = ∆/h

∆
C
Bh
A
Posición Inicial
Posición Final

• La resistencia
Nominal En debe
desarrollarse antes de
alcanzarse el
desplazamiento
relativo máximo
permitido por la
norma de diseño
CRITERIO deACEPTACION - ACI T1.1-01
Fuerza Lateral o
momentEmax
0.75Emax
En
B A
Drift
ratio
0.035Desplazamiento
relativo para la
rigidez límite de
la norma

• Características del tercer
ciclo completo para cada
muestra ensayada, a un
desplazamiento relativo 
0.035, debe satisfacer tres
criterios:
(1) Fuerza máxima;
(2) energía disipada; y
(3) rigidez a
desplazamiento relativo
cero.
Fuerza Lateral o
momentoEmax
0.75Emax
En
B A
Drift
ratio
0.035Desplazamiento
relativo para la
rigidez límite de la
norma
CRITERIO de ACEPTACION- ACI T1.1-01

21.6.3– DISEÑO DE MARCOS
Lateral force or moment
1. La razón de energía
disipada β debe ser ≥
1/8. Si fuera menor
que 1/8, se debe
continuar aplicando
ciclos durante un largo
tiempo pudiendo
suceder una fatiga a
bajo ciclaje.
Drift
ratio
D=1
E2
O
K1
G
A=
2
2
F
CK
1
E1B
 = Ah / (E1+ E2) (1
’ + 2
’)
Ah = área achurada

2. El máximo de
fuerzas para una
dirección debe ser ≥
75% de la fuerza
máxima para esa
misma dirección
Fuerza Lateral o momento
Emax
0.75Emax
En
B A
Drift
ratio
0.035Desplazamient
o relativo para
la rigidez límite
de la norma

3. La rigidez secante
entre
-0.0035 y +0.0035 debe
ser ≥ 0.05 de la
rigidez inicial secante
del primer ciclo de
cargas
Fuerza Lateral o
momento
0.035
Drift ratio0.0035
E2max
Rigidez
Inicial K
Rigidez
Inicial K
-0.035
0.05 K’
-0.0035
0.05 K
Emax

Si la rigidez es muy
pequeña a desplazamiento
relativo cero, la estructura
podría tener grandes
desplazamientos ante
pequeñas variaciones de
fuerzas laterales después de
un terrmoto severo quedando
sensible a fatiga de bajo
ciclaje en réplicas o vientos
moderados.
Lateral force or
moment
0.035
Drift ratio0.0035
E2max
Initial
stiffness K1
Initial
stiffness K1
-0.035
0.05 K1
-0.0035
0.05 K1
Emax

• El detallamiento de la armadura y los
materiales usados en los ensayos deben ser
representativos de los usados en la estructura
• ACI 318-02 además del ACI T1.1-01

• En el diseño de los ensayos se debe definir la
manera de resistir las cargas sísmicas y
gravitacionales del marco y establecerse los
valores que se deben resistir
• Portions of mechanism that deviate from code
requirements shall be contained in test
specimens and shall be tested to determine
upper bounds for acceptance values
•ACI 318-02 además del ACI T1.1-01

Sr. Patricio Bonelli

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